2025年大學(xué)《地球化學(xué)》專業(yè)題庫——地球化學(xué)元素在工業(yè)廢棄物處理中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。下列每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。）1.在評(píng)估某工業(yè)廢棄物中重金屬元素的遷移風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，地球化學(xué)性質(zhì)中最為關(guān)鍵的是：A.元素的原子量B.元素的電負(fù)性C.元素在礦物中的賦存狀態(tài)（晶格態(tài)或吸附態(tài)）D.元素的顏色2.向含有高濃度重金屬廢水的土壤中施用石灰（主要成分為CaCO?），其主要處理機(jī)制是：A.氧化還原沉淀B.離子交換吸附C.溶解-沉淀平衡調(diào)節(jié)，降低重金屬溶解度D.生物降解3.下列哪種工業(yè)廢棄物通常富含Si,Al,Fe,Ca等元素，且具有高pH值？A.礦山尾礦B.化工廠酸性廢水污泥C.粉煤灰D.冶金廠含重金屬廢水4.在水泥固化處理放射性廢料時(shí)，水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣（Ca(OH)?）主要起到的作用是：A.氧化放射性核素B.與放射性元素形成穩(wěn)定沉淀C.提高環(huán)境pH，促進(jìn)放射性元素吸附D.提供結(jié)構(gòu)支撐，降低滲透性5.浸出實(shí)驗(yàn)是評(píng)估工業(yè)廢棄物潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的重要手段，其核心原理是模擬廢棄物與什么發(fā)生反應(yīng)？A.大氣中的氧氣B.地下水或酸雨C.植物根系分泌物D.微生物代謝產(chǎn)物6.從電子垃圾（如廢舊電路板）中回收有價(jià)金屬（如Au,Ag,Cu），主要利用了這些金屬元素的：A.在土壤中的生物富集能力B.地球化學(xué)性質(zhì)差異（如熔點(diǎn)、化學(xué)活性）C.與水體結(jié)合的能力D.在礦物中的賦存形式7.某工廠排放的廢水中含有Cr???，采用還原沉淀法處理時(shí)，通常加入NaSO?或FeSO?，其目的主要是將Cr???轉(zhuǎn)化為Cr3?，這是因?yàn)镃r3?的：A.毒性更低，且更易沉淀B.溶解度更高，更易遷移C.化學(xué)性質(zhì)與Cr???完全相同D.在生物體內(nèi)不易被吸收8.地球化學(xué)障（GeologicalBarrier）在廢棄物（特別是核廢料）處置中扮演的角色是：A.促進(jìn)元素遷移B.增強(qiáng)元素溶解C.阻止或延緩元素向外圍環(huán)境遷移D.提高廢棄物的滲透性9.評(píng)價(jià)一項(xiàng)工業(yè)廢棄物處理技術(shù)（如植物修復(fù)）的環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，需要考慮的主要地球化學(xué)因素包括：A.元素的浸出率B.元素在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）C.廢棄物的原位化學(xué)性質(zhì)D.以上所有因素10.在利用吸附法處理含砷（As）廢水時(shí)，選擇合適的吸附劑需要考慮的關(guān)鍵因素是：A.吸附劑的比表面積B.吸附劑表面的化學(xué)性質(zhì)（如酸性、氧化性位點(diǎn)）C.As元素的價(jià)態(tài)D.以上所有因素二、填空題（每空2分，共20分。）1.工業(yè)廢棄物中的重金屬元素通常以______、______或______等形式存在，其環(huán)境行為和風(fēng)險(xiǎn)與賦存狀態(tài)密切相關(guān)。2.氧化還原條件是影響許多元素（如Cr,As,S）在廢棄物處理過程中______和______的關(guān)鍵因素。3.水泥固化法處理放射性廢料，主要是利用水泥水化產(chǎn)生的氫氧化物和______將放射性核素固定在______中。4.浸出潛力（LeachingPotential）是評(píng)價(jià)廢棄物長(zhǎng)期環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的重要指標(biāo)，常用______或______來量化。5.從工業(yè)廢棄物中回收有價(jià)元素，除了考慮______，還需評(píng)估______和______。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。）1.簡(jiǎn)述影響重金屬元素在土壤-水體系中遷移的主要地球化學(xué)因素。2.簡(jiǎn)述化學(xué)沉淀法處理工業(yè)廢水中重金屬的基本原理及其適用條件。3.簡(jiǎn)述地球化學(xué)原理在評(píng)估工業(yè)廢棄物堆場(chǎng)對(duì)周圍地下水環(huán)境潛在影響中的作用。4.簡(jiǎn)述濕法冶金技術(shù)在廢棄物資源化利用中的基本流程及其地球化學(xué)依據(jù)。四、計(jì)算題（每題7分，共14分。）1.某含Cd2?的廢水（體積0.5L），其初始濃度為50mg/L。加入某種吸附劑處理后，平衡時(shí)溶液中Cd2?濃度降至5mg/L。假設(shè)吸附劑對(duì)Cd2?的吸附符合Langmuir等溫線模型，且最大吸附量為20mg/g。試計(jì)算在該條件下，吸附劑對(duì)Cd2?的平衡吸附量（mg/g）以及溶液中剩余的Cd2?濃度（mg/L）。（提示：可假設(shè)吸附劑投加量足夠，單位吸附劑體積為1g）2.向含有1.0g/LCa2?和Mg2?（假設(shè)濃度相等）的苦咸水中投加石灰乳（Ca(OH)?，假設(shè)純度100%，有效CaO含量為60%），調(diào)節(jié)pH至9.0。已知在pH=9.0時(shí)，Ca2?的沉淀濃度為0.01g/L，Mg2?的沉淀濃度為0.001g/L。試估算理論上至少需要投加多少克石灰乳（CaO）才能將Ca2?和Mg2?的濃度降至上述水平？（假設(shè)水體積為1L，不考慮石灰乳本身的溶解和反應(yīng)體積）五、論述題（10分。）結(jié)合具體的地球化學(xué)原理，論述在設(shè)計(jì)和選擇工業(yè)廢棄物（例如，某金屬礦山尾礦庫）的處理方案時(shí)，需要綜合考慮哪些關(guān)鍵因素？并說明這些因素如何影響處理技術(shù)的選擇和效果評(píng)估。試卷答案一、選擇題1.C解析：元素的賦存狀態(tài)直接決定了其在環(huán)境中的溶解度、遷移能力和生物可利用性，是評(píng)估遷移風(fēng)險(xiǎn)的核心地球化學(xué)性質(zhì)。其他選項(xiàng)也是元素的重要性質(zhì)，但與直接評(píng)估遷移風(fēng)險(xiǎn)相比，賦存狀態(tài)更為關(guān)鍵。2.C解析：石灰（CaCO?）在水中會(huì)分解產(chǎn)生Ca2?和OH?。OH?可以提高土壤pH值，同時(shí)Ca2?可能與重金屬離子發(fā)生沉淀反應(yīng)（如生成氫氧化物或碳酸鹽沉淀），從而降低重金屬的溶解度和生物有效性，達(dá)到穩(wěn)定化的目的。3.C解析：粉煤灰是燃煤產(chǎn)生的廢棄物，其主要成分是SiO?、Al?O?、Fe?O?、CaO等硅鋁酸鹽，通常呈堿性（pH較高）。4.B解析：水泥水化產(chǎn)生的大量Ca2?和OH?離子，會(huì)與放射性核素發(fā)生離子交換或形成穩(wěn)定的無機(jī)/有機(jī)復(fù)合沉淀物，將其固定在致密的水泥基質(zhì)中，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期安全處置。5.B解析：浸出實(shí)驗(yàn)?zāi)M的是廢棄物在實(shí)際環(huán)境條件下（如接觸地下水或酸雨）可能發(fā)生的化學(xué)溶解過程，通過測(cè)量浸出液中污染物的濃度來評(píng)估其潛在的遷移風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境危害。6.B解析：回收有價(jià)金屬主要依賴于冶金學(xué)原理，即利用金屬元素物理化學(xué)性質(zhì)的差異（如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、化學(xué)活性、電極電勢(shì)、耐腐蝕性等）通過物理或化學(xué)方法將金屬從混合物中分離出來。7.A解析：Cr???（六價(jià)鉻）具有強(qiáng)毒性，且易溶于水，易遷移。Cr3?（三價(jià)鉻）毒性顯著降低，且在酸性條件下易水解形成氫氧化鉻沉淀，不易溶于水，遷移性差，因此轉(zhuǎn)化是必要的處理步驟。8.C解析：地球化學(xué)障是指能夠阻止或延緩溶解態(tài)或懸浮態(tài)元素從廢棄物中遷移到外部環(huán)境（如土壤、地下水）的地質(zhì)或地球化學(xué)屏障，其作用是減緩污染擴(kuò)散。9.D解析：評(píng)價(jià)環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益需要綜合考慮廢棄物的地球化學(xué)特性（如元素種類、濃度、賦存狀態(tài)）、處理技術(shù)的地球化學(xué)原理和效率、資源回收價(jià)值以及環(huán)境影響等多個(gè)因素。10.D解析：選擇吸附劑需要考慮吸附劑本身的性質(zhì)（如比表面積、孔結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)活性位點(diǎn)）、污染物的性質(zhì)（如As元素的價(jià)態(tài)、離子形態(tài)）以及兩者之間的相互作用，以上因素共同決定了吸附效果。二、填空題1.礦物晶格態(tài)；吸附態(tài)；自由離子態(tài)解析：重金屬在廢棄物中主要以與礦物組分結(jié)合的晶格態(tài)、被氧化物或粘土礦物等吸附的吸附態(tài)，以及溶解在孔隙水中的自由離子態(tài)存在。2.溶解度；遷移能力解析：氧化還原電位（Eh）和pH值等條件的變化會(huì)改變?cè)氐膬r(jià)態(tài)和化學(xué)形態(tài)，進(jìn)而顯著影響其溶解度（是否易溶于水）和遷移能力（是否易隨水流移動(dòng)）。3.硅酸鹽礦物；穩(wěn)定晶格解析：水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)?以及后續(xù)生成的硅酸鈣水合物等硅酸鹽凝膠和晶體，能夠?qū)⒎派湫院怂匕谄渲?，形成穩(wěn)定的無機(jī)基質(zhì)，阻止其遷移。4.浸出率；浸出總量解析：浸出潛力通常通過實(shí)驗(yàn)室浸出實(shí)驗(yàn)測(cè)定，常用單位時(shí)間內(nèi)或達(dá)到平衡時(shí)浸出的元素質(zhì)量占原廢棄物總含量的百分比（浸出率）或浸出達(dá)到平衡時(shí)的總質(zhì)量（浸出總量）來量化。5.元素豐度與分布；技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性；環(huán)境安全性解析：回收的前提是廢棄物中存在有價(jià)值元素，且元素分布易于提取；技術(shù)上需可行且經(jīng)濟(jì)上合理；同時(shí)必須確?；厥者^程及最終產(chǎn)品不會(huì)造成新的環(huán)境污染。三、簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述影響重金屬元素在土壤-水體系中遷移的主要地球化學(xué)因素。解析：主要因素包括：①重金屬元素的地球化學(xué)性質(zhì)，如離子半徑、電荷、電負(fù)性、氧化態(tài)、溶解度積等；②土壤的性質(zhì)，如pH值（影響元素水解、沉淀和吸附）、氧化還原電位（影響元素價(jià)態(tài)和溶解度）、有機(jī)質(zhì)含量（提供配位位點(diǎn)影響溶解和遷移）、粘土礦物類型和含量（提供吸附位點(diǎn)）等；③水體的性質(zhì)，如pH、Eh、離子強(qiáng)度、存在其他競(jìng)爭(zhēng)離子等；④溫度，影響化學(xué)反應(yīng)速率和元素溶解度；⑤生物活動(dòng)，植物根系分泌物可改變局部環(huán)境條件，影響元素遷移。2.簡(jiǎn)述化學(xué)沉淀法處理工業(yè)廢水中重金屬的基本原理及其適用條件。解析：基本原理：通過添加化學(xué)藥劑（沉淀劑），與廢水中的重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，生成溶解度極低的沉淀物（如氫氧化物、硫化物、碳酸鹽或金屬硫化物等），然后通過物理方法（如沉淀分離、過濾、氣浮等）將沉淀物從廢水中去除。適用條件：適用于處理濃度相對(duì)較高、成分較簡(jiǎn)單的廢水；沉淀劑易得、價(jià)格低廉、不引入新的污染物；產(chǎn)生的沉淀物易于分離；廢水的pH范圍適合沉淀反應(yīng)的發(fā)生。3.簡(jiǎn)述地球化學(xué)原理在評(píng)估工業(yè)廢棄物堆場(chǎng)對(duì)周圍地下水環(huán)境潛在影響中的作用。解析：地球化學(xué)原理在評(píng)估中作用關(guān)鍵，主要體現(xiàn)在：①預(yù)測(cè)污染物（特別是重金屬、酸堿物質(zhì)、鹽類等）在廢棄物堆場(chǎng)中的遷移轉(zhuǎn)化行為，如溶解、沉淀、吸附、離子交換、揮發(fā)等；②評(píng)估污染物從堆場(chǎng)進(jìn)入地下水的遷移途徑和速率，考慮包氣帶介質(zhì)（土壤、覆土）的阻滯作用；③估算地下水中污染物濃度的時(shí)空變化，預(yù)測(cè)對(duì)地下水水質(zhì)的影響范圍和程度；④指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)防控措施的設(shè)計(jì)，如選擇合適的堆場(chǎng)位置、設(shè)置防滲層、優(yōu)化覆蓋層材料、進(jìn)行淋溶液收集處理等，都需要基于對(duì)污染物地球化學(xué)行為的深刻理解。4.簡(jiǎn)述濕法冶金技術(shù)在廢棄物資源化利用中的基本流程及其地球化學(xué)依據(jù)。解析：基本流程通常包括：①廢棄物預(yù)處理，如破碎、篩分、磨礦等，以增加反應(yīng)接觸面積；②浸出，利用酸性、堿性或鹽性浸出液，在特定溫度和壓力條件下，通過化學(xué)反應(yīng)將目標(biāo)有價(jià)金屬溶解到液相中。浸出過程依據(jù)的是金屬元素在特定溶劑（浸出液）和條件下的溶解平衡原理、氧化還原反應(yīng)原理等；③液-固分離，將浸出液與殘?jiān)蛛x；④金屬提取與精煉，從浸出液中通過沉淀、萃取、電積、蒸餾等方法提取并純化金屬。地球化學(xué)依據(jù)在于利用金屬元素不同的化學(xué)活性、電極電勢(shì)、絡(luò)合能力差異，選擇合適的浸出劑和工藝條件，使目標(biāo)金屬有效溶解而雜質(zhì)被抑制或分離。四、計(jì)算題1.某含Cd2?的廢水（體積0.5L），其初始濃度為50mg/L。加入某種吸附劑處理后，平衡時(shí)溶液中Cd2?濃度降至5mg/L。假設(shè)吸附劑對(duì)Cd2?的吸附符合Langmuir等溫線模型，且最大吸附量為20mg/g。試計(jì)算在該條件下，吸附劑對(duì)Cd2?的平衡吸附量（mg/g）以及溶液中剩余的Cd2?濃度（mg/L）。（提示：可假設(shè)吸附劑投加量足夠，單位吸附劑體積為1g）解析：平衡時(shí)溶液中Cd2?的濃度為5mg/L，即0.5L廢水中含有5mgCd2?。假設(shè)吸附劑投加量為V_ad，單位為g（題目提示單位吸附劑體積為1g，這里理解為每處理1L水或1體積單位吸附劑為1g）。根據(jù)Langmuir模型，平衡吸附量q_e(mg/g)=(b*C_e)/(1+b*C_e)，其中C_e為平衡濃度（mg/L），b為常數(shù)。最大吸附量Q_m=20mg/g。當(dāng)吸附劑量足夠時(shí)，溶液中Cd2?的減少量基本等于吸附劑吸附的量。吸附劑吸附的Cd2?量=初始量-剩余量=50mg-5mg=45mg。因?yàn)榧僭O(shè)吸附劑體積為1g，所以平衡吸附量q_e=45mg/1g=45mg/g。溶液中剩余的Cd2?濃度已給出，為5mg/L。答案：平衡吸附量為45mg/g；溶液中剩余Cd2?濃度為5mg/L。2.向含有1.0g/LCa2?和Mg2?（假設(shè)濃度相等）的苦咸水中投加石灰乳（Ca(OH)?，假設(shè)純度100%，有效CaO含量為60%），調(diào)節(jié)pH至9.0。已知在pH=9.0時(shí)，Ca2?的沉淀濃度為0.01g/L，Mg2?的沉淀濃度為0.001g/L。試估算理論上至少需要投加多少克石灰乳（CaO）才能將Ca2?和Mg2?的濃度降至上述水平？（假設(shè)水體積為1L，不考慮石灰乳本身的溶解和反應(yīng)體積）解析：需要去除的Ca2?量=初始濃度-沉淀濃度=1.0g/L-0.01g/L=0.99g/L。需要去除的Mg2?量=初始濃度-沉淀濃度=1.0g/L-0.001g/L=0.999g/L。石灰乳有效成分為CaO，CaO與水反應(yīng)生成Ca2?和OH?。每摩爾CaO生成1摩爾Ca2?。Ca2?的摩爾質(zhì)量約為40g/mol，Mg2?的摩爾質(zhì)量約為24g/mol。去除0.99g/LCa2?需要CaO量=0.99g/L/(40g/mol/1mol)=0.02475mol/L。去除0.999g/LMg2?需要CaO量=0.999g/L/(24g/mol/1mol)=0.041625mol/L。由于石灰乳中CaO含量為60%，即1g石灰乳含0.6gCaO。所需CaO總質(zhì)量=(0.02475mol/L+0.041625mol/L)*40g/mol=0.066375mol/L*40g/mol=2.655g/L。所需石灰乳質(zhì)量=2.655g/L/0.6=4.425g/L。假設(shè)水體積為1L，則至少需要投加4.425g石灰乳。答案：理論上至少需要投加4.425克石灰乳（CaO）。五、論述題結(jié)合具體的地球化學(xué)原理，論述在設(shè)計(jì)和選擇工業(yè)廢棄物（例如，某金屬礦山尾礦庫）的處理方案時(shí)，需要綜合考慮哪些關(guān)鍵因素？并說明這些因素如何影響處理技術(shù)的選擇和效果評(píng)估。解析：設(shè)計(jì)和選擇工業(yè)廢棄物（如金屬礦山尾礦庫）的處理方案時(shí)，需綜合考量以下地球化學(xué)相關(guān)關(guān)鍵因素及其影響：1.廢棄物本身的地球化學(xué)特性：包括有害元素的種類、含量、賦存狀態(tài)（礦物相、固相結(jié)合強(qiáng)度）、化學(xué)性質(zhì)（如酸堿度、氧化還原性、浸出潛力）、物理性質(zhì)（粒度、孔隙度、滲透性）等。這是選擇處理技術(shù)的根本依據(jù)。例如，高酸性、高浸出潛力的尾礦需要優(yōu)先考慮酸性礦山排水（AMD）處理和防滲措施；富含重金屬且易溶的尾礦適合采用固化/穩(wěn)定化技術(shù)；含有放射性核素的則需進(jìn)行地質(zhì)封存。元素賦存狀態(tài)決定了是優(yōu)先采用物理分離還是化學(xué)浸出/沉淀。2.處置場(chǎng)址的地球化學(xué)環(huán)境：包括場(chǎng)址土壤、地下水的化學(xué)背景（pH、Eh、主要離子組成、背景值）